專利名稱：氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
由于氮化物半導(dǎo)體具有不僅在可見光的整個(gè)波長(zhǎng)區(qū)域甚至在紫外線區(qū)域這樣的 寬廣范圍內(nèi)發(fā)光的特性，因此，作為發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)等發(fā)光元件非常有 用。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的主要構(gòu)成要素有η側(cè)電極、η型氮化物半導(dǎo)體層、發(fā)光層、ρ型 氮化物半導(dǎo)體層和P側(cè)電極。作為氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的課題之一，例舉出由于ρ型摻雜劑的活化能高，因 此，難以得到載流子濃度高的P型氮化物半導(dǎo)體層，P型氮化物半導(dǎo)體層與由金屬、透光性 導(dǎo)電層等構(gòu)成的P側(cè)電極的接觸電阻增高，從而氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的工作電壓增高的 問題。對(duì)于上述課題，以前在P型氮化物半導(dǎo)體層中提出了將與ρ側(cè)電極相接的層設(shè)置 成可形成為載流子濃度高的P型MiaN、或提高M(jìn)g濃度等方法，在P側(cè)電極中提出了采用金 屬時(shí)選擇Pd、Ni等功函高的金屬，在采用透光性導(dǎo)電層的結(jié)構(gòu)時(shí)，考慮透光性導(dǎo)電層的制 膜后的退火條件等方法。而且，作為氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的其他課題，例舉出由于氮化物半導(dǎo)體層的折 射率高到例如2. 5左右，因此，在ρ型氮化物半導(dǎo)體層與透光性導(dǎo)電層相接觸的發(fā)光二極管 結(jié)構(gòu)中，在該接觸界面會(huì)產(chǎn)生全反射，導(dǎo)致發(fā)光效率下降。對(duì)于上述課題，在日本特開2005-277374號(hào)公報(bào)中提出了如下方法通過將ρ型氮 化物半導(dǎo)體層的表面形成為凹凸?fàn)?，產(chǎn)生散射和衍射，使全反射量減小，由此謀求改善光取 出效率。但是，當(dāng)把ρ型InGaN用于接觸層時(shí)，由于InGaN層在低溫下生長(zhǎng)，因此，ρ型摻雜 劑即Mg被活化，從而在發(fā)光波長(zhǎng)下容易產(chǎn)生吸收等。而且，當(dāng)提高M(jìn)g濃度時(shí)，載流子密度 因自補(bǔ)償效應(yīng)而不會(huì)有效地上升。由于這些原因，導(dǎo)致存在如下問題ρ型氮化物半導(dǎo)體層 與P側(cè)電極的接觸電阻不會(huì)有效地下降，或者反而會(huì)上升。另外，在日本特開2005-277374號(hào)公報(bào)所記載的方法中存在如下問題ρ型氮化物 半導(dǎo)體層表面的凹凸加工中的掩模除去工序會(huì)對(duì)P型氮化物半導(dǎo)體層帶來損壞，導(dǎo)致接觸 電阻上升。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述課題，本發(fā)明的目的在于供一種工作電壓低的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。 進(jìn)而提供一種工作電壓低且光取出效率高的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其包括η型氮化物半導(dǎo)體層；發(fā)光層，其形 成在該η型氮化物半導(dǎo)體層上；第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層，其形成在該發(fā)光層上；中間層， 其以使覆蓋第一P型氮化物半導(dǎo)體層表面的部分和露出第一P型氮化物半導(dǎo)體層表面的部
3分交替的方式形成在第一 P型氮化物半導(dǎo)體層上；第二 P型氮化物半導(dǎo)體層，其形成在該中 間層上；該中間層由作為構(gòu)成元素含有Si和N的化合物構(gòu)成。在此，在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，所述中間層優(yōu)選以自然形成的方式 被構(gòu)圖而形成。而且，在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層的上表面 優(yōu)選形成為凹凸形狀。而且，在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的一實(shí)施方式中，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元 件為氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件，還具有形成在第二 P型氮化物半導(dǎo)體層上的P側(cè)透光 性導(dǎo)電層。所述ρ側(cè)透光性導(dǎo)電層優(yōu)選包括氧化銦錫、二氧化錫、氧化鋅中的至少任一種。在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層的與所述中間層 相接的面優(yōu)選為P型GaN層。而且，在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層的與所述 中間層相接的面優(yōu)選為P型GaN層。在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，所述中間層的厚度優(yōu)選在IOnm以下。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供工作電壓低的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。進(jìn)而能夠提供工作 電壓低且光取出效率高的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件的層積體的示意性 剖面圖；圖2是通過本發(fā)明實(shí)施例制作的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件的示意性剖面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件包括n型氮化物 半導(dǎo)體層；發(fā)光層，其形成在該η型氮化物半導(dǎo)體層上；第一 P型氮化物半導(dǎo)體層，其形成 在該發(fā)光層上；中間層，其以使覆蓋第一 P型氮化物半導(dǎo)體層表面的部分和露出第一 P型氮 化物半導(dǎo)體層表面的部分交替的方式形成在第一 P型氮化物半導(dǎo)體層上；第二 P型氮化物 半導(dǎo)體層，其形成在該中間層上；該中間層由作為構(gòu)成元素含有Si和N的化合物構(gòu)成。下面，使用

本發(fā)明的實(shí)施方式。附圖和以下敘述中所示的結(jié)構(gòu)為例示，本 發(fā)明的范圍不限于附圖和以下敘述中所述的結(jié)構(gòu)。需要說明的是，在本發(fā)明的附圖中，同一 附圖標(biāo)記表示同一部分或相當(dāng)?shù)牟糠?。而且，在本發(fā)明的附圖中，為了使附圖清楚和簡(jiǎn)單， 適當(dāng)變更了長(zhǎng)度、寬度、厚度等的尺寸關(guān)系，并不表示實(shí)際的尺寸關(guān)系。<氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件>圖1是表示本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的優(yōu)選一例即氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二 極管元件的層積體的示意性剖面圖。層積體10具有基板1、形成在基板1上的η型氮化物 半導(dǎo)體層2、形成在η型氮化物半導(dǎo)體層2上的發(fā)光層3、形成在發(fā)光層3上的第一 ρ型氮 化物半導(dǎo)體層4、以使覆蓋第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層4表面的部分和露出第一 ρ型氮化物半 導(dǎo)體層4表面的部分交替的方式形成在第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層4上的中間層5、形成在中間層5上的第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6。中間層5由作為構(gòu)成元素含有Si和N的化合物構(gòu) 成。中間層5以使覆蓋第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層4表面的部分和露出第一 ρ型氮化物 半導(dǎo)體層4表面的部分交替的方式形成在第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層4上，可以離散地形成 在第一 P型氮化物半導(dǎo)體層4表面上，或者也可以由具有多個(gè)開口部的層形成。在第一 ρ 型氮化物半導(dǎo)體層4表面中，將未被中間層5覆蓋的區(qū)域即未形成有中間層5的區(qū)域，或者 相當(dāng)于中間層5的開口部的區(qū)域稱為“露出區(qū)域”，將被中間層5覆蓋的區(qū)域稱為“覆蓋區(qū) 域”。第一 P型氮化物半導(dǎo)體層4和第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6在露出區(qū)域直接相接，在覆 蓋區(qū)域隔著中間層5相接。在此，η型氮化物半導(dǎo)體層2、發(fā)光層3、第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層4、第二 ρ 型氮化物半導(dǎo)體層6均由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，這種氮化物半導(dǎo)體的代表是指由通式 AlfiiJnmNU，y均在0以上1以下)表示的半導(dǎo)體，但是不限于此，包括為了 η型化或ρ 型化而添加任意元素的半導(dǎo)體。下面，關(guān)于本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件的各構(gòu)成要素，與其制造 方法的一例一同進(jìn)行說明。首先，利用例如MOCVD(MetalOrganic Chemical Vapor D印osition :金屬有機(jī)化 合物氣相沉積)法等，將η型氮化物半導(dǎo)體層2、發(fā)光層3、第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層4、中間 層5、第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6按照該順序?qū)臃e在基板1的表面上。(基板)作為基板，能夠采用各種基板，例如氮化鎵(GaN)基板、碳化硅(SiC)基板、藍(lán)寶石 基板、尖晶石基板、氧化鋅(aio)基板等。但是，作為基板ι優(yōu)選采用藍(lán)寶石基板。如果作 為基板ι采用藍(lán)寶石基板，不僅能夠降低本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件的制 造成本，而且能夠穩(wěn)定地制造本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件?；?的η型氮化物半導(dǎo)體層2側(cè)的表面具有凹凸形狀。在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二 極管元件10中，通過在基板1的η型氮化物半導(dǎo)體層2側(cè)的表面設(shè)置凹凸，自發(fā)光層3產(chǎn) 生的光中行進(jìn)到基板1側(cè)的光因基板1表面的凹凸面而產(chǎn)生光的散射效果及衍射效果，由 此，能夠向外部取出更多的光。基板1表面的凹凸例如可以通過將基板1的η型氮化物半 導(dǎo)體層2側(cè)的表面蝕刻等來形成。在此，基板1表面的凹凸中的多個(gè)凹部例如以0.05 μ m 以上10 μ m以下的間隔形成，各凹部例如以0. 05 μ m以上10 μ m以下的深度形成。需要說 明的是，代替表面為凹凸的基板1，也可以采用表面為平面的基板。(η型氮化物半導(dǎo)體層)η型氮化物半導(dǎo)體層2不限于單層，也可以層積多層。作為這類η型氮化物半導(dǎo)體 層2，例如可以采用低溫緩沖層、AlN緩沖層、非摻雜層、η型摻雜層等。如果氮化物半導(dǎo)體 為非摻雜，一般表示η型導(dǎo)電性，因此，作為η型氮化物半導(dǎo)體層2也可以采用非摻雜氮化 物半導(dǎo)體層。作為導(dǎo)入氮化物半導(dǎo)體的η型摻雜劑，可以采用Si、Ge等。在這些η型摻雜劑中， 從降低η型氮化物半導(dǎo)體層2的電阻率的觀點(diǎn)出發(fā)，η型氮化物半導(dǎo)體層2若為單層，則可 以采用GaN、AWaN、InAlGaN, InGaN，其中可以含有Si，也可以不含摻雜劑。另外，η型氮化 物半導(dǎo)體層2若為多層，則可以是hfeiN/feiN、InGaN/AlGaN, AlGaN/GaN, InGaN/InGaN之類的層積結(jié)構(gòu)。在η型氮化物半導(dǎo)體層2的形成過程中，首先，在MOCVD裝置內(nèi)設(shè)置基板1。接著， 將基板1的溫度例如調(diào)節(jié)到1050°C，并使用含有氮和氫的載氣，向MOCVD裝置內(nèi)導(dǎo)入III族 原料氣體、含有η型摻雜劑的摻雜氣體及氨氣等，從而在基板1上使η型氮化物半導(dǎo)體層2
結(jié)晶生長(zhǎng)。作為用于形成η型氮化物半導(dǎo)體層2而導(dǎo)入裝置內(nèi)的III族原料氣體，例如可 以采用 TMG ((CH3)3Ga 三甲基鎵)、TEG ((C2H5) 3Ga 三乙基鎵)、TMA ((CH3) 3A1 三甲基鋁)、 TEA((C2H5)3Al 三乙基鋁)、TMI( (CH3)3In 三甲基銦)、TEI ((C2H5) 3In 三乙基銦)等。如果 將Si作為η型摻雜劑，作為含有Si的摻雜氣體，例如可以采用SiH4(硅烷)氣體等。(發(fā)光層)發(fā)光層3優(yōu)選包括由GaN構(gòu)成的勢(shì)壘層和由含有h的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的阱層。 阱層厚度隨著阱層發(fā)出的光的波長(zhǎng)不同，其最佳層厚不同，優(yōu)選2 20nm的范圍，隨著η型 氮化物半導(dǎo)體層2的結(jié)晶質(zhì)量提高，阱層層厚可以變厚。這樣的發(fā)光層3的結(jié)構(gòu)不限于量 子結(jié)構(gòu)，可以是單阱結(jié)構(gòu)、多阱結(jié)構(gòu)、多量子阱結(jié)構(gòu)等中的任一種結(jié)構(gòu)。量子結(jié)構(gòu)指阱層的 厚度在IOnm以下時(shí)的結(jié)構(gòu)。如果發(fā)光層3包括多個(gè)阱層，則至少一個(gè)阱層作為發(fā)光層發(fā)揮作用。這樣的阱層 優(yōu)選由(0 < q < 1)構(gòu)成。在發(fā)光層3的最上層也可以設(shè)置蒸發(fā)防止層，以便使在 接著阱層而層積的第一 P型氮化物半導(dǎo)體層4生長(zhǎng)時(shí)阱層不蒸發(fā)。蒸發(fā)防止層優(yōu)選由GaN 或AlGaN形成?？梢栽谛纬搔切偷锇雽?dǎo)體層2所使用的MOCVD裝置內(nèi)進(jìn)行發(fā)光層3的形成。 作為供給到MOCVD裝置內(nèi)的h的先驅(qū)物質(zhì)，可以例舉TMI (三甲基銦)、TEI (三乙基銦)等， 但是不特別限于這些材料，可以采用含有h的任何材料。(第一ρ型氮化物半導(dǎo)體層)第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層4可以是單層和多層中的任一種，除了能夠采用對(duì)GaN、 AlGaN, InAlGaN, InGaN摻雜ρ型雜質(zhì)的組成之外，也可以采用非摻雜的組成。如果第一 ρ 型氮化物半導(dǎo)體層4為多層，則可以是hfeiN/feiN、InGaN/AlGaN, AlGaN/GaN, InGaN/InGaN 這樣的層積結(jié)構(gòu)。第一 P型氮化物半導(dǎo)體層4的與中間層5相接的表面優(yōu)選由ρ型GaN構(gòu) 成的結(jié)構(gòu)。由于GaN在發(fā)光波長(zhǎng)中的吸收系數(shù)小，能夠防止光取出效率下降，并且能夠降低 其與正上方的中間層5之間的接觸電阻，因此優(yōu)選采用GaN。這樣的第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層4的厚度優(yōu)選在1500nm以下。如果第一 ρ型氮 化物半導(dǎo)體層4的厚度超過1500nm，由于發(fā)光層3在較高溫度下長(zhǎng)時(shí)間受熱，有可能增大發(fā) 光層3的熱劣化導(dǎo)致的非發(fā)光區(qū)域。第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層4按照如下方法形成在將MOCVD裝置內(nèi)的溫度設(shè)定為 適于使P型氮化物半導(dǎo)體層結(jié)晶生長(zhǎng)的層積體的溫度之后，向MOCVD裝置內(nèi)導(dǎo)入含有氮和 氫的載氣、III族原料氣體、含有P型摻雜劑的摻雜氣體及氨氣，從而能夠使第一 P型氮化 物半導(dǎo)體層4結(jié)晶生長(zhǎng)。在此，作為ρ型摻雜劑采用Mg的情況下，作為摻雜氣體，例如能夠采用Cp2Mg ( 二 茂鎂)、 tCp)2Mg(雙(乙基環(huán)戊二烯基)鎂)等。由于(KCp)2Mg在常溫常壓下為液體， 因此，相比該條件下為固體的Cp2Mg,使導(dǎo)入MOCVD裝置內(nèi)的導(dǎo)入量變化時(shí)的響應(yīng)性良好，容易將其蒸汽壓保持為一定。作為用于形成第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層4的III族原料氣體及氨氣，能夠采用與 生成η型氮化物半導(dǎo)體層2及發(fā)光層3時(shí)相同種類的氣體。(中間層)接著，在第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層4上，以使覆蓋第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層4表面 的部分和露出第一 P型氮化物半導(dǎo)體層4表面的部分交替的方式形成中間層5。中間層5 優(yōu)選通過自然形成的方式被構(gòu)圖而形成。在此，通過自然形成被構(gòu)圖的中間層5不是在結(jié) 晶生長(zhǎng)之后例如通過蝕刻等除去一部分而構(gòu)圖形成的中間層，而是與結(jié)晶生長(zhǎng)同時(shí)進(jìn)行構(gòu) 圖而形成的中間層。中間層5由作為構(gòu)成元素含有Si和N的化合物構(gòu)成。作為其他構(gòu)成元素，可以含 有Mg、Al、Ga、h等，但是，Si的摩爾比大，故優(yōu)選。這類化合物通過調(diào)整化合物的結(jié)晶生 長(zhǎng)時(shí)的條件，可以控制為使中間層5在結(jié)晶生長(zhǎng)的同時(shí)形成。因此，由于不經(jīng)過除去工序能 夠形成中間層5，因此，能夠防止在除去工序中對(duì)下層表面帶來的損壞而導(dǎo)致的接觸電阻上 升。為了防止發(fā)光層3的熱損傷，中間層5的形成溫度優(yōu)選為層積體的溫度在1000°C以下。另外，中間層5的層積方向的厚度優(yōu)選為IOnm以下。根據(jù)上述化合物，可以形成 IOnm以下的薄的中間層5。例如，在采用S^2等掩模材料的情況下，存在如下問題由于掩 模材料的折射率相對(duì)氮化物半導(dǎo)體低而容易產(chǎn)生光的反射，從而光取出效率下降，由于掩 模材料的絕緣性而產(chǎn)生串聯(lián)電阻上升，從而工作電壓上升等。但是，在本發(fā)明中能夠使中間 層5的厚度設(shè)置在IOnm以下，此時(shí)，光子(光)、載流子(電子、空穴)能夠產(chǎn)生隧道效應(yīng) (卜 > 才、U >夕‘t易)，不會(huì)產(chǎn)生SiO2，中的上述問題。作為構(gòu)成元素含有Si和N的化合物的結(jié)晶可以在MOCVD裝置或MBE (Molecular Beam Epitaxy 分子束外延)裝置中形成，由于能夠在與其他層即氮化物半導(dǎo)體層相同的 裝置內(nèi)連續(xù)地形成，因此，使制造過程中的層積體無需暴露于大氣中，避免因暴露于大氣而 產(chǎn)生的自然氧化膜附著等問題。自然氧化膜是使接觸電阻上升的主要因素。在MOCVD裝置 內(nèi)形成由SiN構(gòu)成的中間層5的情況下，可以通過將硅烷氣體和氨氣同時(shí)導(dǎo)入裝置內(nèi)而形 成。通過作為構(gòu)成元素含有Si和N的化合物的結(jié)晶生長(zhǎng)，無需使用光刻技術(shù)，能夠通 過自然形成形成中間層5。根據(jù)光刻技術(shù)，難以將構(gòu)圖精度控制在納米級(jí)，尤其難以將中間 層5在層積方向(厚度)上的厚度設(shè)置在IOnm以下。另一方面，基于自然形成作為構(gòu)成元 素含有Si和N的化合物而形成的中間層5，可以通過調(diào)整形成條件以數(shù)納米級(jí)進(jìn)行控制，從 而可以形成所需的中間層5，進(jìn)而將層積于該中間層5上的第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6形成 為所需的凹凸結(jié)構(gòu)。通過將第二P型氮化物半導(dǎo)體層6形成為所需的凹凸結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn) 高的光取出效率。由于中間層5阻礙自下層開始的半導(dǎo)體生長(zhǎng)，因此，在中間層5需要形成開口部或 間隙等未形成中間層5的部分。中間層5的離散度或者開口部的密度例如可以利用中間層 5的形成時(shí)間來調(diào)整。如果形成時(shí)間過短，則中間層5形成得不充分，如果形成時(shí)間過長(zhǎng)，則 作為層完全覆蓋下層。最好選擇在兩種情況的中間。(第二ρ型氮化物半導(dǎo)體層)在第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層4表面上形成中間層5，進(jìn)而在該中間層5上形成第二 P型氮化物半導(dǎo)體層6。如上所述，第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層4的表面通過中間層5被 區(qū)分為露出區(qū)域和覆蓋區(qū)域。在覆蓋區(qū)域，形成于其上的第二 P型氮化物半導(dǎo)體層6的結(jié) 晶生長(zhǎng)被阻礙。因此，第二 P型氮化物半導(dǎo)體層6的結(jié)晶在覆蓋區(qū)域不生長(zhǎng)。另一方面，第 二P型氮化物半導(dǎo)體層6的結(jié)晶在露出區(qū)域沿垂直方向生長(zhǎng)。接著，自露出區(qū)域開始的結(jié) 晶生長(zhǎng)最終向橫向擴(kuò)展，并覆蓋到(回込tr )中間層5的上部。由于中間層5的上部不 具有特定的結(jié)晶方位，因此，在該部分容易單結(jié)晶化，并且該部分的半導(dǎo)體層6難以產(chǎn)生位 錯(cuò)，半導(dǎo)體層6的結(jié)晶品質(zhì)提高?；蛘撸谝?P型氮化物半導(dǎo)體層4的位錯(cuò)因中間層5而停 止，并且經(jīng)過第二 P型氮化物半導(dǎo)體層6的形成工序中的再次成核過程，位錯(cuò)向橫向彎曲， 能夠謀求貫通位錯(cuò)減少，從而第二 P型氮化物半導(dǎo)體層6的結(jié)晶品質(zhì)提高。如上所述，由于第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6的結(jié)晶品質(zhì)提高，在第二 ρ型氮化物半 導(dǎo)體層6中能夠?qū)崿F(xiàn)1 X IO1Vcm3以上的高載流子濃度，能夠降低第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層 6與形成于其上的ρ側(cè)透光性導(dǎo)電層7的接觸電阻。第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6的上表面優(yōu)選為凹凸形狀。上表面為凹凸形狀的情況 包括只有其上表面為凹凸形狀的情況以及由離散地形成的凸部整體形成凹凸形狀的情況。 由于第二 P型氮化物半導(dǎo)體層6自第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層4的露出區(qū)域形成而擴(kuò)展到中 間層5的上部，因此，能夠通過通常的工序形成為凹凸?fàn)?。由于第?ρ型氮化物半導(dǎo)體層6 表面為凹凸形狀，能夠?qū)崿F(xiàn)高的光取出效率。第二 P型氮化物半導(dǎo)體層6的凹凸形狀通過 改變中間層5的生長(zhǎng)時(shí)間、生長(zhǎng)溫度，或者第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6的摻雜劑濃度、生長(zhǎng) 溫度、V/III比(氨相對(duì)于三族元素的摩爾比)、膜厚等，可以任意地變更。關(guān)于第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6的凹凸形狀的尺寸，優(yōu)選其節(jié)距以及最大高度為 IOym以下，進(jìn)而，優(yōu)選節(jié)距以及最大高度大幅超過發(fā)光波長(zhǎng)，以便得到高的光取出效率。另 外，優(yōu)選節(jié)距以及最大高度為IOnm以上以使光不產(chǎn)生隧道效應(yīng)。第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6不限于單層，也可以層積多層。作為這類第二 P型氮化 物半導(dǎo)體層6，例如可以包括ρ型摻雜層和含有的氮化物半導(dǎo)體層中的任一層。第二ρ型 氮化物半導(dǎo)體層6的與中間層5相接的面最優(yōu)選由ρ型GaN構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。由于ρ型GaN層 可構(gòu)成凹凸結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)條件更寬泛，形狀控制容易且通過最佳的凹凸設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)高的光 取出效率，發(fā)光波長(zhǎng)中的吸收系數(shù)小且可以防止光取出效率下降，因此優(yōu)選采用P型GaN。第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6在MOCVD裝置內(nèi)可以采用與第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層 4形成時(shí)所采用的氣體相同的含有氮和氫的載氣、III族原料氣體、含有P型摻雜劑的摻雜 氣體、氨氣來形成。為了防止發(fā)光層3的熱損壞，第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6的生長(zhǎng)溫度優(yōu) 選層積體的溫度在1000°C以下。(ρ側(cè)透光性導(dǎo)電層)接著，例如通過濺射法等，在第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6表面上層積ρ側(cè)透光性導(dǎo) 電層7以形成層積體10。ρ側(cè)透光性導(dǎo)電層7由于以覆蓋第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6表面的方式形成，因 此，反映第二 P型氮化物半導(dǎo)體層6的表面形狀而構(gòu)成為凹凸形狀。P側(cè)透光性導(dǎo)電層7 與第二 P型氮化物半導(dǎo)體層6接觸，作為透光性電極發(fā)揮作用。作為這類ρ側(cè)透光性導(dǎo)電 層7所采用的材料不特別限定，可以采用任何材料。例如，舉出氧化銦錫(ITOdndium tin oxide)、二氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、二氧化鈦(TiO2)、薄膜金屬電極(Pb、Ni等)、納米線金屬電極等。考慮良好的導(dǎo)電性，優(yōu)選采用ιτο、aio，而且考慮良好的化學(xué)穩(wěn)定性，優(yōu)選 采用Sn02。在下層即第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6由ρ型GaN形成的情況下，ITO, SnO2, ZnO 與P型GaN的接觸電阻低，從而優(yōu)選。(ρ電極、η電極)接著，通過蝕刻等，除去圖1所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件的層積體10的 一部分，由此使η型氮化物半導(dǎo)體層2表面的一部分露出。然后，例如通過EB (Electron Beam 電子束)蒸鍍法等，在η型氮化物半導(dǎo)體層2 的露出面上形成η側(cè)電極，并且在ρ側(cè)透光性導(dǎo)電層7的表面上形成ρ側(cè)電極，由此能夠得 到氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件。這類P電極和η電極能夠采用以往公知的材料，例如能 夠采用Ti、Al、Au等。而且，ρ電極及η電極不限于單層結(jié)構(gòu)，也可以構(gòu)成為多層結(jié)構(gòu)。在按照如上所述制作的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件中，能夠降低第二 ρ型氮化 物半導(dǎo)體層6與ρ側(cè)透光性導(dǎo)電層7之間的接觸電阻，能夠降低工作電壓。而且，通過以凹 凸?fàn)钚纬傻诙?P型氮化物半導(dǎo)體層6，一部分光被散射、衍射，因此能夠減少全反射量，能夠 改善光取出效率。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件不限于上述的結(jié)構(gòu)，也可以構(gòu)成除上述結(jié)構(gòu)以外 的結(jié)構(gòu)。例如，在上述內(nèi)容中作為氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件僅例示了氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極 管元件，但是，本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件也可以構(gòu)成為氮化物半導(dǎo)體激光器。下面，舉出實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，但是，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例圖2是根據(jù)本實(shí)施例制作的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件的示意性剖面圖。按照如下步驟制作氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件20。首先，將進(jìn)行了凹凸加工的 藍(lán)寶石基板11放入MOCVD裝置中，并在基板溫度1000°C下熱清洗之后，按順序?qū)臃e如下層 在600°C的溫度下層積由GaN構(gòu)成的20nm的低溫緩沖層、在1000°C的溫度下層積2 μ m的 非摻雜GaN層及以5X 1018/cm3原子濃度摻雜Si的3 μ m的n_GaN層，構(gòu)成η型氮化物半導(dǎo) 體層12。之后，在750°C的溫度下將Ina 15Ga0.85N阱層2. 5nm和GaN勢(shì)壘層Snm相互交替反 復(fù)層積6次以構(gòu)成發(fā)光層13。此時(shí)，最上層被設(shè)置為GaN勢(shì)壘層，該層兼作h的蒸發(fā)防 止層。之后，在1000°C的溫度下按順序?qū)臃e20nm的以5X1019/cm3的原子濃度含有Mg的 Al0.2Ga0.8N,SOnm的以5X 1019/cm3的原子濃度含有Mg的GaN以構(gòu)成第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體 層14。接著，在900°C的溫度下將硅烷和氨氣供給13分鐘以形成中間層15。此時(shí)中間層 15的厚度在約IOnm以下。通過中間層15的形成，第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層14的表面區(qū)分 為露出區(qū)域和覆蓋區(qū)域。接著，在900°C的溫度下層積Mg的原子濃度為5 X IO1Vcm3的GaN以構(gòu)成第二 ρ型 氮化物半導(dǎo)體層16。此時(shí)的凸部高度為IOOnm Ιμπκ節(jié)距為無規(guī)則，但是大致的尺寸為 500nm 2 μ m。接著，從MOCVD裝置取出形成過程中的層積體，然后通過濺射裝置層積150nm厚度 的ITO以構(gòu)成ρ側(cè)透光性導(dǎo)電層17。之后，從ρ側(cè)開始利用光刻技術(shù)，將層積體的所需范圍通過RIE (reactiveion eching)蝕刻至η型氮化物半導(dǎo)體層12的n_GaN層，并在n-GaN層上形成Au/Ti/Al構(gòu)成的
9η側(cè)焊盤電極19。而且，在ρ側(cè)透光性導(dǎo)電層17上形成由Au/Ti/Al構(gòu)成的ρ側(cè)焊盤電極 18。在該氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件20中，中間層15促進(jìn)第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體 層16的凹凸形狀，第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層16與ρ側(cè)透光性導(dǎo)電層17的界面為凹凸?fàn)睿?而且，在保持該狀態(tài)不變的情況下使P側(cè)透光性導(dǎo)電層17與樹脂或者空氣的界面延續(xù)地呈 凹凸?fàn)?，因此，能夠提供光取出效率高的發(fā)光二極管元件。而且，由于能夠以高載流子濃度構(gòu)成第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層16，因此，第二氮化 物半導(dǎo)體層16與ρ側(cè)透光性導(dǎo)電層17的接觸電阻不會(huì)上升，從而能夠提供工作電壓低的 發(fā)光二極管元件。本申請(qǐng)所公開的實(shí)施方式及實(shí)施例在所有方面只是例示，理應(yīng)考慮到該例示并不 限定本發(fā)明。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書來限定，而不是由如上所述的說明來限定，并且在 與權(quán)利要求書等同的含義及范圍內(nèi)進(jìn)行的所有變更均包含在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，包括 η型氮化物半導(dǎo)體層；發(fā)光層，其形成在所述η型氮化物半導(dǎo)體層上； 第一 P型氮化物半導(dǎo)體層，其形成在所述發(fā)光層上；中間層，其以使覆蓋該第一P型氮化物半導(dǎo)體層表面的部分和露出該第一P型氮化物 半導(dǎo)體層表面的部分交替的方式形成在所述第一 P型氮化物半導(dǎo)體層上； 第二 P型氮化物半導(dǎo)體層，其形成在所述中間層上； 所述中間層由作為構(gòu)成元素含有Si和N的化合物構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述中間層以自然形成的方式被構(gòu)圖而形成。
3.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述第二 P型氮化物半導(dǎo)體層的上表面形成為凹凸形狀。
4.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，進(jìn)一步具有形成在所述第二 P型氮化物半導(dǎo)體層上的P側(cè)透光性導(dǎo)電層，并且該氮化 物半導(dǎo)體發(fā)光元件是氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件。
5.如權(quán)利要求4所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述P側(cè)透光性導(dǎo)電層至少包括氧化銦錫、二氧化錫和氧化鋅中的任一種。
6.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述第一 P型氮化物半導(dǎo)體層的與所述中間層相接的面是P型GaN層。
7.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述第二 P型氮化物半導(dǎo)體層的與所述中間層相接的面是P型GaN層。
8.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述中間層的厚度在IOnm以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，包括n型氮化物半導(dǎo)體層；發(fā)光層，其形成在該n型氮化物半導(dǎo)體層上；第一p型氮化物半導(dǎo)體層，其形成在該發(fā)光層上；中間層，其以使覆蓋第一p型氮化物半導(dǎo)體層表面的部分和露出第一p型氮化物半導(dǎo)體層表面的部分交替的方式形成在第一p型氮化物半導(dǎo)體層上；第二p型氮化物半導(dǎo)體層，其形成在該中間層上。中間層由作為構(gòu)成元素含有Si和N的化合物構(gòu)成。
文檔編號(hào)H01L33/02GK102097551SQ20101056936
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者駒田聰 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社